Biología Celular Bloque 3: Regulación Celular

Biología Celular Bloque 3: Regulación Celular

• La unidad didáctica 10 se centra en la señalización celular.
• Todas las células reciben señales de su entorno y responden a estas.
• Los organismos unicelulares y muchos eucariotas y procariotas son, en gran medida, autónomos.
• Los organismos pluricelulares regulan cuidadosamente sus interacciones con el medio ambiente para satisfacer sus necesidades.
• Las moléculas señalizadoras son de varios tipos (secretadas o expresadas en la superficie celular).
• Las células diana tienen receptores específicos para las moléculas señalizadoras.

Guion de la Unidad Didáctica 10

• Las moléculas señalizadoras y sus receptores son estudiados en 10.1.
• Las funciones de los receptores de superficie celular son analizadas en 10.2.
• Las vías de transducción intracelular de señales se abordan en 10.3.
• La transducción de señales y el citoesqueleto se estudian en 10.4.
• Las redes de señalización son explicadas en 10.5.

Tipos de Señalización Célula-a-Célula

• Las células se comunican a través de interacciones directas o mediante moléculas señalizadoras secretadas.
• Las integrinas y cadherinas actúan como moléculas señalizadoras, además de en la adhesión celular.
• Las células expresan múltiples receptores que reconocen moléculas señalizadoras de células vecinas para regular interacciones celulares durante el desarrollo embrionario y el mantenimiento de tejidos en adultos.

Tipos de Señalización

• Señalización endocrina: Las hormonas secretadas por células especializadas viajan por la circulación para actuar en células dianas alejadas. (ej: estrógenos)
• Señalización paracrina: Las moléculas señalizadoras actúan localmente sobre células vecinas, como los neurotransmisores.
• Señalización autocrina: Las moléculas señalizadoras actúan sobre la misma célula que las produce, participando en respuestas inmunes.

Hormonas Esteroideas y Receptores

• Las hormonas esteroideas difunden a través de la membrana plasmática e interactúan con receptores intracelulares.
• Se sintetizan a partir del colesterol.
• Los esteroides sexuales (testosterona, estrógeno, progesterona) se producen en las gónadas.
• Los corticoesteroides se producen en la glándula suprarrenal y regulan el equilibrio salino e hídrico.
• La hormona tiroidea se sintetiza a partir de la tirosina en la glándula tiroidea y regula el metabolismo.
• La vitamina D regula el metabolismo del calcio y el crecimiento del hueso.
• El ácido retinoico y sus derivados (retinoides) participan en el desarrollo de vertebrados.

Hormonas esteroideas y superfamilia de receptores de esteroides

• Las hormonas esteroideas son reconocidas por una superfamilia de receptores.
• Estos receptores son factores de transcripción implicados en la unión al ligando, unión al ADN y activación de la transcripción.
• La unión a ligandos puede tener efectos diversos según los diferentes receptores.
• Algunos receptores están inactivos en ausencia de hormonas, que activan intercambio de moléculas.

El óxido nítrico (NO)

• El NO es una molécula señalizadora paracrina fundamental en el sistema nervioso, inmunitario y circulatorio.
• Difunde directamente a través de la membrana plasmática y altera la actividad de enzimas intracelulares, no necesita receptores.
• Su principal diana es la guanil ciclasa que estimula la síntesis de GMP cíclico, regulando la relajación muscular y la dilatación de vasos sanguíneos, mediante activación de la PKG.

Neurotransmisores

• Los neurotransmisores son moléculas pequeñas, hidrofílicas, que se unen a receptores de superficie.
• Se liberan en la sinapsis.
• La llegada de un potencial de acción hace que los neurotransmisores sean liberados.
• Algunos receptores son canales iónicos, mientras que algunos están acoplados a proteínas G.

Moléculas Señalizadoras en Animales

• En animales, las moléculas señalizadoras más diversas son los péptidos.
• Su tamaño varía de unos pocos aminoácidos a más de 100.
• Pueden ser hormonas peptídicas, neuropéptidos o neurohormonas.
• Estos péptidos no pueden cruzar la membrana plasmática, por lo que actúan a través de receptores de superficie.

El Factor de crecimiento epidérmico (EGF)

• El EGF es un polipéptido de 53 aa que juega un papel vital en el control de la proliferación celular durante el desarrollo embrionario y en el organismo adulto.

Lípidos como Moléculas Señalizadoras (Eicosanoides)

• Los eicosanoides son lípidos señalizadores importantes actuando a nivel local.
• Se sintetizan a partir del ácido araquidónico.
• Participan en la inflamación, agregación plaquetaria y contracción del músculo liso.
• COX es diana de medicamentos antiinflamatorios no esteroideos.

Señalización de Proteínas G y AMPc cíclico

Receptores de Superficie

• Los receptores de superficie celular (canales iónicos dependientes de ligando y receptores con actividad enzimática) inician la transducción de señales intracelulares.

Familia de Receptores asociados a Proteínas G

• Se han identificado más de mil receptores asociados a proteínas G, que son proteínas transmembranales.
• Son un grupo muy diverso de hormonas y neurotransmisores.
• Las proteínas G tienen 7 hélices alfa que atraviesan la membrana celular y sus estructuras son semejantes.
• El ligando une al receptor y causa un cambio conformacional que activa la proteína G, la cual transmite la señal al interior de la célula.

Vía del AMPc

• El AMPc es un segundo mensajero, formado a partir del ATP por la adenilato ciclasa, que es activada por la proteína G.
• Se degrada a AMP por medio de una fosfodiesterasa.
• La mayor parte de los efectos del AMPc en las células animales está mediados por la acción de la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA).
• La PKA fosforila residuos de serina en otras proteínas.
• La PKA activa la expresión de genes para la respuesta secundaria.

Vía del GMPc

• El GMPc es un segundo mensajero sintetizado a partir de GTP por la guanilato ciclasa y degradado a GMP por la acción de una fosfodiesterasa.
• Las guanil-ciclasas pueden activarse por ligandos peptídicos, óxido nítrico y monóxido de carbono.
• El GMPc tiene un papel importante en la fotorrecepción en los bastones de la retina.

Tirosina Quinasas y Señalización (Vías de MAP,PI3, Fosfolipasa C/Calcio)

• La familia más grande de receptores acoplados a enzimas son los receptores tirosina quinasas (RTK).
• Los RTK fosforilan un residuo de Tyr en la proteína diana.
• El genoma codifica para 58 RTK diferentes.
• La unión del ligando induce la dimerización del receptor y su autofosforilación.
• La fosforilación de residuos de tirosina en el receptor crea sitios de unión para otras proteínas.

Vía JAK/STAT

• Las quinasas asociadas a receptores de citoquinas pertenecen a la familia JAK y sus dianas son las proteínas STAT (transductores de señales y activadores de la transcripción).
• La fosforilación de las STAT promueve su dimerización y translocación al núcleo donde actúan como factores de transcripción.

Señalización de Integrinas

• Las integrinas interaccionan con la matriz extracelular y desencadenan una cascada de señalización intracelular que afecta la diferenciación, proliferación y crecimiento celular.
• La unión de las integrinas a la matriz extracelular induce la agrupación de integrinas y activa FAK (quinasa de adhesión focal).
• FAK se autofosforila, activando proteínas señalización adicionales.

Vía de las quinasas MAP y proteína Ras

• La vía de las quinasas MAP es una cascada de proteínas quinasas conservada en la evolución.
• Los elementos centrales son la familia de proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPK), que regulan el crecimiento y la diferenciación celular.
• ERK, JNK y p38 son otros miembros de la familia MAPK, que se activan por diferentes estímulos.
• Un miembro de la familia MAPK es ERK (quinasas reguladas por señales extracelulares), esta actúa en la respuesta celular.
• Las proteínas Ras son proteínas de unión a GTP, actuando como interruptores moleculares que controlan muchos procesos celulares.
• El intercambio de GDP por GTP activa la proteína Ras.

Activación de Ras por TKR

• El factor de crecimiento unido al TKR induce la autofosforilación y la formación de sitios de unión para dominios SH2 de GEF (factor de intercambio de nucleótidos de guanina).
• Esta interacción activa la proteína GEF, generando el intercambio de GDP por GTP en la proteína Ras, activando la cascada MAPK.

Inducción de genes tempranos por ERK

• La ERK activada entra al núcleo y fosforila al factor de transcripción Elk-1
• Elk-1 junto al SRF (factor de respuesta al suero) activarán los genes tempranos inmediatos.
• Muchos de estos genes codifican factores de transcripción, que a su vez, actúan activando genes para la respuesta celular secundaria.

Cascadas de Quinasas MAP

• Cada cascada de quinasas MAP está compuesta por tres niveles de quinasas.
• Una cascada MAP específica responde a factores específicos de crecimiento y otros estímulos como citoquinas.
• Las cascadas MAP controlan la proliferación celular, diferenciación celular.

Especificidad de Cascadas de MAP Kinasa

• La especificidad de la señalización se mantiene por la organización de componentes de MAP kinasa en complejos asociados a proteínas scaffold.
• La proteína scaffold KSR (proteína organizadora) agrupa a ERK, Raf y MEK en un complejo de señalización.
• Existen diferentes proteínas scaffold implicadas en otros tipos de vías de señalización, no solo MAP quinasas.

Este cuestionario se centra en la señalización celular, explorando cómo las células responden a las señales de su entorno. Aprenderás sobre los diferentes tipos de moléculas señalizadoras, sus receptores y cómo se lleva a cabo la transducción de señales. Ideal para profundizar en el Bloque 3 de Biología Celular.